KR100474893B1 - heat pump system using thermal electric module - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열전모듈을 이용한 냉난방 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열전모듈의 반응열을 작동유체에 열교환시키고 모세관 압력에 의해 작동유체를 유동시켜 냉난방을 수행하도록 한 것이다.The present invention relates to a cooling and heating system using a thermoelectric module, and more particularly, to heat and heat the reaction heat of the thermoelectric module to the working fluid and to flow the working fluid by capillary pressure to perform cooling and heating.

이를 위해, 본 발명은 일면에는 발열반응이 일어나고 타면에는 흡열반응이 일어나는 열전모듈(10)과; 상기 열전모듈의 동일 반응면에 밀착되게 설치되고, 그 내부에는 모세관 압력에 의해 액체상태의 작동유체를 증기로 상변화시키도록 모세관 구조체인 다공성의 위크(22)(wick)가 설치되어 상기 증기 상태의 작동유체를 열전모듈과 열교환시키고 모세관 압력에 의해 유동시키는 히트파이프장치(20)와; 상기 히트파이프장치에서 토출된 작동유체가 유입됨에 따라 외기와 열교환되도록 하는 열교환기(30)와; 상기 열교환기에서 토출된 작동유체를 저장하고 액체 상태의 작동유체만을 히트파이프장치에 유입시키는 저장부(40):를 포함하여 이루어진 열전모듈을 이용한 냉난방 시스템을 제공한다.To this end, the present invention is the thermoelectric module 10 is an exothermic reaction occurs on one side and the endothermic reaction occurs on the other side; It is installed in close contact with the same reaction surface of the thermoelectric module, the inside of the porous wick 22 (wick) of the capillary structure to change the working fluid in the liquid phase to steam by capillary pressure is installed in the vapor state A heat pipe apparatus 20 for exchanging a working fluid of the thermoelectric module with a capillary pressure; A heat exchanger 30 for exchanging heat with the outside air as the working fluid discharged from the heat pipe device is introduced; It provides a cooling and heating system using a thermoelectric module comprising a: a storage unit 40 for storing the working fluid discharged from the heat exchanger and only flowing the working fluid in a liquid state into the heat pipe device.

Description

열전모듈을 이용한 냉난방 시스템{heat pump system using thermal electric module}Heating and cooling system using thermoelectric module {heat pump system using thermal electric module}

본 발명은 열전모듈을 이용한 냉난방 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열전모듈의 반응열을 작동유체에 열교환시키고 모세관 압력에 의해 작동유체를 유동시키도록 한 냉난방 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a cooling and heating system using a thermoelectric module, and more particularly, to a cooling and heating system for exchanging heat of reaction of a thermoelectric module with a working fluid and flowing the working fluid by capillary pressure.

일반적인 냉방 시스템은 압축기에서 압축된 고온 작동유체를 응축기에서 응축하고, 상기 응축된 작동유체를 팽창밸브에서 팽창시킨 다음에 증발기에 보낸다. 이러한 증발기에 외기를 열접촉시켜 냉기를 실내에 토출시킴에 따라 실내 공간을 냉각시키도록 한 것이다. The general cooling system condenses the hot working fluid compressed in the compressor in the condenser, expands the condensed working fluid in the expansion valve and then sends it to the evaporator. The air is brought into thermal contact with the evaporator to cool the indoor space by discharging cold air into the room.

최근에는 냉난방 시스템 및 냉온장고 시스템에 열전모듈(thermal electric module)을 이용하는데, 상기 열전모듈은 전원을 공급함에 따라 일면에서는 발열반응이 일어나고 타면에서는 흡열반응이 일어나도록 한 장치이다.Recently, a thermoelectric module is used for a heating and cooling system and a cold storage system. The thermoelectric module is an apparatus that generates an exothermic reaction on one side and an endothermic reaction on the other side as power is supplied.

이러한 원리를 이용한 열전모듈은 2개의 세라믹판 사이에 전기적으로 교대로 배열된 P형 반도체 및 N형 반도체가 설치되며, 상기 P형 반도체 및 N형 반도체를 전기적으로 교차 연결시킴과 아울러 P형 반도체 및 N형 반도체의 양단을 각 세라믹판에 연결시키도록 구리와 같은 전기적 교차연결층이 설치된다. 이때, 상기 교차연결층은 직류전원에 연결되어 전류가 교차연결층에 연결된 N형 반도체 및 P형 반도체를 따라 교대로 흐르게 한다.The thermoelectric module using this principle is provided with P-type semiconductors and N-type semiconductors arranged electrically alternately between two ceramic plates, and electrically connects the P-type semiconductors and the N-type semiconductors, as well as the P-type semiconductors and the like. Electrical cross-connection layers such as copper are provided to connect both ends of the N-type semiconductor to each ceramic plate. In this case, the cross connection layer is connected to a DC power source so that current flows alternately along the N-type semiconductor and the P-type semiconductor connected to the cross connection layer.

이에 따라, 상기 N형 반도체 및 P형 반도체를 통해 각각 전자(-) 및 정공(+)이 일측 세라믹판으로부터 타측 세라믹판 쪽으로 이동하게 되고, 이에 따라 일측 세라믹판에서는 열을 흡수하며 타측 세라믹판에서는 열이 방출된다.Accordingly, the electron (-) and the hole (+) are moved from one ceramic plate toward the other ceramic plate through the N-type semiconductor and the P-type semiconductor, respectively, so that one ceramic plate absorbs heat and the other ceramic plate Heat is released.

또한, 상기 열전모듈에 연결된 전기의 극성을 전환시켜 전류의 방향을 전환시키면, 상술한 현상과는 반대로 일측 세라믹판에서 타측 세라믹판 쪽으로 열이 방출되어 흡열부와 방열부를 전환시킬 수 있음은 이해 가능하다.In addition, if the direction of the current is changed by changing the polarity of the electricity connected to the thermoelectric module, it can be understood that heat can be released from one ceramic plate to the other ceramic plate to switch the heat absorbing portion and the heat dissipating portion, as opposed to the above-described phenomenon. Do.

이러한 열전모듈에 방열핀을 설치하고 상기 방열핀에 공기 또는 냉매와 같은 열전달 매체를 접촉시킴으로써 상기 열전모듈에서 발생되는 열을 이용하도록 한다.The heat dissipation fin is installed on the thermoelectric module and the heat dissipation fin is contacted with a heat transfer medium such as air or a refrigerant to use the heat generated by the thermoelectric module.

그러나, 상기 열전모듈에서 발생되는 열을 이용하기 위해 방열핀을 사용하는 방식은 열교환 효율이 낮으며 발열반응면과 흡열반응면이 붙어 있어야 하므로 상기 열전모듈을 장기간 사용하면 상호간의 열전달로 인하여 반응효율이 저하된다. 또한, 열전모듈 내부의 급격한 온도의 기울기를 형성하여 열전모듈이 파손될 수 있다.However, the method of using the heat radiation fin to use the heat generated by the thermoelectric module has a low heat exchange efficiency and the exothermic reaction surface and the endothermic reaction surface should be attached, so if the thermoelectric module is used for a long time, the reaction efficiency is increased due to mutual heat transfer. Degrades. In addition, the thermoelectric module may be damaged by forming a steep temperature gradient inside the thermoelectric module.

상기한 제반 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 열전모듈에 의해 작동유체를 열교환시키고 모세관 압력에 의해 작동유체를 유동시키는 것을 그 목적으로 한다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to heat exchange the working fluid by a thermoelectric module and to flow the working fluid by capillary pressure.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 제1실시예는 전원을 인가함에 따라 일면에는 발열반응이 일어나고 타면에는 흡열반응이 일어나는 열전모듈과; 상기 열전모듈의 동일 반응면에 밀착되게 설치되고, 그 내부에는 모세관 압력에 의해 액체상태의 작동유체를 증기로 상변화시키도록 모세관 구조체인 다공성의 위크(wick)가 설치되어 상기 증기 상태의 작동유체를 열전모듈과 열교환시키고 모세관 압력에 의해 유동시키는 히트파이프장치와; 상기 히트파이프장치에서 토출된 작동유체가 유입됨에 따라 외기와 열교환되도록 하는 열교환기와; 상기 열교환기에서 토출된 작동유체를 저장하고 액체 상태의 작동유체만을 히트파이프장치에 유입시키는 저장부:를 포함하여 이루어진 열전모듈을 이용한 냉난방 시스템을 제공한다.In order to achieve the above object, the first embodiment according to the present invention is a thermoelectric module that generates an exothermic reaction on one side and an endothermic reaction on the other side when power is applied; It is installed to be in close contact with the same reaction surface of the thermoelectric module, and a porous wick which is a capillary structure is installed in the inside so as to phase change the working fluid in the liquid state into steam by capillary pressure. A heat pipe apparatus for exchanging heat with the thermoelectric module and flowing by capillary pressure; A heat exchanger configured to exchange heat with outside air as the working fluid discharged from the heat pipe apparatus flows in; It provides a cooling and heating system using a thermoelectric module comprising a storage unit: for storing the working fluid discharged from the heat exchanger and flowing only the working fluid in the liquid state into the heat pipe device.

본 발명에 따른 제2실시예는 전원을 인가함에 따라 일면에는 발열반응이 일어나고 타면에는 흡열반응이 일어나는 열전모듈과; 상기 열전모듈의 발열반응면에 일단부가 설치됨과 아울러 그 내부에는 모세관 구조체인 위크가 설치되어 상기 위크 내부에 유동하던 액체상태의 작동유체가 모세관 압력에 의해 위크를 통과함에 따라 폐순환되도록 하고, 상기 열전모듈의 발열반응면에는 열전도성 재질의 열전도판이 설치되고, 상기 열전도판에는 그 일단부가 삽입 설치되는 히트파이프와; 상기 히트파이프의 타단부에 밀착되게 설치되어 열전모듈에 의해 가열된 작동유체의 열을 전달받아 가열되는 열교환부재:를 포함하여 이루어진 열전모듈을 이용한 냉난방 시스템을 제공한다.According to a second embodiment of the present invention, an exothermic reaction occurs on one surface and an endothermic reaction occurs on the other surface when power is applied; One end is installed on the exothermic reaction surface of the thermoelectric module, and a wick which is a capillary structure is installed therein to allow the working fluid in the fluid state to circulate as the fluid passes through the wick by capillary pressure. A heat pipe having a heat conductive plate of heat conductive material installed on an exothermic reaction surface of the module, and one end of which is inserted into the heat conductive plate; It is provided in close contact with the other end of the heat pipe is provided with a heat exchange member that is heated by receiving the heat of the working fluid heated by the thermoelectric module: provides a heating and cooling system using a thermoelectric module.

본 발명은 열전모듈에 의해 열교환된 작동유체를 모세관 구조체가 내장된 히트파이프장치 또는 히트파이프를 이용하여 유동시키고 열교환기를 통해 작동유체와 외기를 열교환시키도록 함으로써 실내 공간을 냉난방시키도록 한 것이다.The present invention is to cool the indoor space by allowing the working fluid heat exchanged by the thermoelectric module to flow by using a heat pipe device or a heat pipe with a capillary structure and heat exchange the working fluid and the outside air through the heat exchanger.

이하, 본 발명 열전모듈을 이용한 냉난방 시스템의 제1실시예에 관해 참조도면 도 1 내지 도 4을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a first embodiment of a cooling and heating system using the thermoelectric module of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4.

도 1은 본 발명 열전모듈을 이용한 냉난방 시스템에 관한 제1실시예를 나타낸 개략 구성도이며, 도 2는 도 1의 냉난방 시스템에서 히트파이프장치의 길이방향에 수직한 단면을 나타낸 단면도이고, 도 3은 도 1의 냉난방 시스템에서 히트파이프장치의 길이방향에 따른 내부 구조와 작동유체의 순환방향을 나타낸 단면도이며, 도 4는 도 1의 히트파이프장치에서 위크 및 채널의 설치구조를 나타낸 단면도이다.1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of a cooling and heating system using the thermoelectric module of the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view showing a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the heat pipe apparatus in Figure 1, Figure 3 1 is a cross-sectional view showing the internal structure and the circulating direction of the working fluid in the longitudinal direction of the heat pipe apparatus in the cooling and heating system of Figure 1, Figure 4 is a cross-sectional view showing the installation structure of the wick and the channel in the heat pipe apparatus of FIG.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 냉난방 시스템은 열전모듈(10)(thermal electric module), 히트파이프장치(20), 열교환기(30) 및 저장부(40)를 포함하여 이루어진다.1 and 2, the air conditioning system includes a thermoelectric module 10, a heat pipe device 20, a heat exchanger 30, and a storage 40.

상기 열전모듈(10)은 절연체 사이에 N, P형 반도체가 설치되어, 전원을 인가함에 따라 펠티어 효과(peltier effect)에 의해 일면에서는 발열반응이 일어나고 타면에서는 흡열반응이 일어나도록 한 장치이다.The thermoelectric module 10 is a device in which N, P-type semiconductors are installed between the insulators, and an exothermic reaction occurs on one surface and an endothermic reaction occurs on the other surface by a peltier effect when power is applied.

상기 열전모듈(10)은 동일 반응면이 히트파이프장치(20)에 밀착되도록 다수개가 설치된다.The thermoelectric module 10 is provided with a plurality so that the same reaction surface is in close contact with the heat pipe device (20).

이는 열전모듈(10)의 양면에서 각각 흡열반응과 발열반응이 동시에 발생되기 때문에 히트파이프장치(20)에 유입되는 작동유체를 가열 또는 냉각시키기 위해 동일 반응면을 설치하도록 하기 위함이다.This is to install the same reaction surface to heat or cool the working fluid flowing into the heat pipe device 20 because the endothermic reaction and the exothermic reaction occur at the same time on both sides of the thermoelectric module 10.

상기 열전모듈(10)은 냉난방 시스템에 적용되는 제품의 냉난방 용량에 따라 설치되는 개수가 결정될 수 있다.The thermoelectric module 10 may be installed according to the cooling and heating capacity of the product applied to the air conditioning system.

이러한 열전모듈(10)의 외측면에는 방열핀(24)을 설치하여 외기와 열교환되도록 한다. 이때, 상기 방열핀(24)은 열전모듈(10)의 면과 대략 수직하도록 다수개의 판형 핀이 형성되어 있다.The heat dissipation fins 24 are installed on the outer surface of the thermoelectric module 10 to exchange heat with the outside air. At this time, the heat dissipation fins 24 are formed with a plurality of plate-like fins to be substantially perpendicular to the surface of the thermoelectric module 10.

상기 방열핀(24)의 외측에는 송풍수단을 설치함으로써 상기 냉각핀에 전달된 열이 외기와 열접촉되도록 함에 따라 열전모듈(10)의 양면의 온도차를 감소시킬 수 있도록 한다.By installing a blowing means outside the heat dissipation fins 24, the heat transferred to the cooling fins may be in thermal contact with the outside air, thereby reducing the temperature difference between both sides of the thermoelectric module 10.

한편, 상기 히트파이프장치(20)는 열전모듈(10)의 흡열반응면 또는 발열반응면에 밀착되게 설치되고, 그 내부에는 모세관 압력에 의해 액체상태의 작동유체를 증기 상태로 상변화시키도록 모세관 구조체인 다공성의 위크(22)(wick)가 설치되어, 상기 증기 상태의 작동유체를 열전모듈(10)과 열교환시키고 모세관 압력에 의해 유동시키도록 한다.On the other hand, the heat pipe device 20 is installed in close contact with the endothermic reaction surface or the exothermic reaction surface of the thermoelectric module 10, the capillary tube to change the working fluid in the liquid phase to a vapor state by the capillary pressure therein Porous wick 22 (wick), which is a structure, is installed to heat exchange the working fluid in the vapor state with the thermoelectric module 10 and flow by capillary pressure.

이를 위해, 상기 히트파이프장치(20)는 도 3과 같이 내부에 관형 중공부가 다수개 형성되며 상기 중공부의 양단부에 유로관이 각각 연결되는 본체(21)와, 상기 중공부보다 작은 직경을 갖도록 관형으로 형성되어 중공부에 삽입 설치되는 위크(22)로 이루어진다. 이때, 상기 위크(22)는 그 일단부(60a)가 작동유체 유입측 유로관에 연결되고 타단부(60b)가 폐쇄된 형상을 갖는다.To this end, the heat pipe apparatus 20 has a plurality of tubular hollow parts are formed therein as shown in Figure 3 and the main body 21 is connected to each of the flow path tube at both ends of the hollow portion, and tubular so as to have a smaller diameter than the hollow portion Is formed of a wick 22 is inserted into the hollow portion is installed. At this time, the wick 22 has a shape in which one end portion 60a is connected to the working fluid inflow side flow pipe and the other end portion 60b is closed.

또한, 상기 열전모듈(10)의 외측면에는 방열핀(24)을 설치하여 외기와 열교환시킴에 의해 열전모듈(10)의 양측면에 발생되는 온도차를 감소시키도록 한다.In addition, the heat dissipation fins 24 are installed on the outer surface of the thermoelectric module 10 to reduce the temperature difference generated on both sides of the thermoelectric module 10 by exchanging heat with the outside air.

이와 같이 설치된 히트파이프장치(20)는 위크(22)와 작동유체 유입측 유로관이 연통되며, 위크(22)의 외주면과 공간부의 내면에 둘러싸인 공간이 작동유체 토출측 유로관에 연통된다.In the heat pipe device 20 installed as described above, the wick 22 and the working fluid inflow side flow path communicate with each other, and the space surrounded by the outer circumferential surface of the wick 22 and the inner surface of the space part communicates with the working fluid discharge side flow path tube.

따라서, 상기 유입측 유로관을 통해 위크(22)에 유입된 작동유체는 모세관 압력에 의해 위크(22)를 통과하면서 기화되고, 상기 기화된 작동유체는 위크(22)의 외주면과 공간부의 내면으로 둘러싸인 공간에 유입된 다음에 토출측 유로관으로 토출된다. 결국, 상기 모세관 압력에 의해 작동유체를 유동시킬 수 있게 된다.Therefore, the working fluid introduced into the wick 22 through the inflow-side flow pipe is vaporized while passing through the wick 22 by capillary pressure, and the vaporized working fluid flows into the outer circumferential surface of the wick 22 and the inner surface of the space part. It flows into the enclosed space and is then discharged to the discharge side flow path tube. As a result, the working fluid can be flowed by the capillary pressure.

도 4를 참조하면, 상기 히트파이프장치(20)는 중공부 내면에 중공부의 길이방향을 따라 가늘고 긴 띠형상(stripe shape)의 돌출부가 다수개 형성되고, 상기 중공부에 위크(22)를 설치함에 따라 돌출부와 위크(22)의 외주면으로 둘러싸인 다수개의 채널(23)(channel)이 중공부의 길이방향을 따라 형성된다.Referring to FIG. 4, the heat pipe device 20 has a plurality of elongated stripe-shaped protrusions formed along the longitudinal direction of the hollow portion on the inner surface of the hollow portion, and a wick 22 is installed in the hollow portion. As a result, a plurality of channels 23 surrounded by the protrusion and the outer circumferential surface of the wick 22 are formed along the longitudinal direction of the hollow part.

이처럼 공간부의 내면과 위크(22)의 외주면 사이에 중공부의 길이방향에 따른 채널(23)을 형성함으로써 작동유체의 모세관 압력을 보다 향상시킬 수 있도록 하였다.Thus, by forming the channel 23 along the longitudinal direction of the hollow portion between the inner surface of the space portion and the outer peripheral surface of the wick 22 to further improve the capillary pressure of the working fluid.

상기 히트파이프장치(20)의 본체(21)는 열전모듈(10)을 보다 긴밀하게 설치하도록 판상으로 형성한다. 그리고, 상기 본체(21)는 열전모듈(10)의 반응열을 작동유체에 전달하기 용이하도록 하기 위해 열전도성 재질로 제작되는 것이 바람직하다. 상기 열전도성 재질로는 가볍고 열전도성이 우수하면서도 저가인 알루미늄을 제시한다.The main body 21 of the heat pipe apparatus 20 is formed in a plate shape so as to install the thermoelectric module 10 more closely. In addition, the main body 21 is preferably made of a thermally conductive material to facilitate the transfer of the reaction heat of the thermoelectric module 10 to the working fluid. The thermally conductive material is lightweight and has excellent thermal conductivity while providing low cost aluminum.

이는 냉난방 시스템이 비교적 소형이며 경량인 휴대용 냉난방기 등과 같은 소형제품에 적용될 수 있으므로 운반 및 이동의 편의성을 위해 되도록이면 경량의 재질을 사용하는 것이 바람직하기 때문이다.This is because the air-conditioning system can be applied to a small product such as a relatively small and lightweight portable air conditioner and the like, it is preferable to use a lightweight material as much as possible for convenience of transportation and movement.

상기와 같이 가열 또는 냉각된 작동유체는 열교환기(30)에 유입되어 외기와 열교환되어 냉난방 기능을 수행한다.The working fluid heated or cooled as described above is introduced into the heat exchanger 30 to exchange heat with the outside air to perform a cooling and heating function.

상기 열교환기(30)로는 다수개의 적층된 판형의 열전도핀(31)과, 상기 열전도핀(31)을 관통하여 지그재그로 구부러지게 설치되어 작동유체의 열을 열전도핀(31)에 전달시키는 튜브(32)로 이루어진 핀-튜브(32)형 열교환기(30)를 적용한다.The heat exchanger 30 is a plurality of stacked plate-shaped heat conduction fins 31, and bent in a zigzag through the heat conduction fins 31 to transfer the heat of the working fluid to the heat conduction fins 31 ( A fin-tube 32 type heat exchanger 30 consisting of 32 is applied.

상기 핀-튜브(32)형 열교환기(30)는 종래와 같이 열전모듈(10)에 직접 방열핀(24)을 부착하여 제작한 열교환기(30)에 비해 열효율적인 측면에서는 매우 우수하다.The fin-tube 32 type heat exchanger 30 is superior in terms of heat efficiency compared to the heat exchanger 30 manufactured by attaching the heat dissipation fins 24 directly to the thermoelectric module 10 as in the prior art.

이러한 열교환기(30) 근처에는 송풍팬(33)을 설치하여 외기와 열교환 효율을 향상시키는 것을 돕도록 한다.The blowing fan 33 is installed near the heat exchanger 30 to help improve the heat exchange efficiency with the outside air.

그리고, 상기 열교환기(30)와 히트파이프장치(20) 사이의 유로관에는 저장부(40)를 설치함으로써 상기 히트파이프장치(20)에 액체상태의 작동유체만이 공급되도록 한다.In addition, by installing the storage unit 40 in the flow pipe between the heat exchanger 30 and the heat pipe device 20, only the working fluid in the liquid state is supplied to the heat pipe device 20.

이는 위크(22)에 기체 상태의 작동유체가 유입되면 기체 작동유체는 모세관 압력의 작용에 의해 위크(22)를 통과하지 못하므로 작동유체를 유동시킬 수 없게 되기 때문이다.This is because when the working fluid in the gaseous state flows into the wick 22, the gas working fluid does not pass through the wick 22 by the action of capillary pressure, and thus the working fluid cannot flow.

이와 같은 구조를 갖는 열전모듈(10)을 이용한 냉난방 시스템의 제1실시예의 작용에 관해 상기 히트파이프장치(20)의 양면에 열전모듈(10)의 흡열반응면이 밀착되게 설치된 경우를 일예로 하여 설명하기로 한다.As an example, the endothermic reaction surface of the thermoelectric module 10 is installed in close contact with both surfaces of the heat pipe apparatus 20 according to the operation of the first embodiment of the cooling and heating system using the thermoelectric module 10 having such a structure. Let's explain.

상기 열전모듈(10)에 전원을 인가함에 따라 상기 열전모듈(10)은 히트파이프장치(20)에 접한 면에서는 흡열반응이 일어나고 반대면에서는 발열반응이 일어난다.As power is applied to the thermoelectric module 10, the thermoelectric module 10 generates an endothermic reaction on the surface in contact with the heat pipe device 20 and an exothermic reaction on the opposite surface.

또한, 상기 열전모듈(10)에 연결된 전기의 극성을 전환시켜 전류의 방향을 전환시키면, 일측 세라믹판에서 타측 세라믹판 쪽으로 열이 방출되어 흡열반응면와 발열반응면을 전환시킬 수도 있다.In addition, when the polarity of electricity connected to the thermoelectric module 10 is changed to change the direction of the current, heat may be released from one ceramic plate to the other ceramic plate to switch the endothermic reaction surface and the exothermic reaction surface.

이때, 도 3과 같이 유로관을 통해 히트파이프장치(20)의 위크(22) 내에는 액체상태의 작동유체가 유입되고, 상기 작동유체는 위크(22)를 모세관 압력에 의해 위크(22)를 통과하면서 증기로 상변화되고, 이러한 작동유체는 채널(23)을 따라 유동된다. 상기 채널(23)을 유동하는 작동유체는 히트파이프장치(20)의 본체(21)에 의해 열을 빼앗기고, 이렇게 냉각된 작동유체는 토출측 유로관으로 토출된다.At this time, a working fluid in a liquid state flows into the wick 22 of the heat pipe apparatus 20 through the flow pipe as shown in FIG. 3, and the working fluid opens the wick 22 by the capillary pressure. As it passes, it phase changes into steam and this working fluid flows along the channel 23. The working fluid flowing through the channel 23 is deprived of heat by the main body 21 of the heat pipe apparatus 20, and the cooled working fluid is discharged to the discharge-side flow pipe.

이처럼 유로관에 토출된 작동유체는 열교환기(30)에 유입되며, 이때 작동유체는 열전도핀(31)을 냉각시키면서 자신은 가열된다.Thus, the working fluid discharged to the flow path pipe is introduced into the heat exchanger 30, where the working fluid is heated while cooling the heat conduction fin 31.

이때, 상기 열교환기(30) 근처에 설치된 송풍팬(33)이 가동됨에 따라 외기가 열교환기(30)의 열전도핀(31)에 의해 냉각되어 실내 공간으로 토출되게 된다.At this time, as the blower fan 33 installed near the heat exchanger 30 is operated, the outside air is cooled by the heat conductive fins 31 of the heat exchanger 30 to be discharged into the indoor space.

상기 열교환기(30)를 통과한 작동유체는 기체와 액체가 혼합된 2상으로 저장부(40)에 유입되고, 상기 저장부(40)는 작동유체 중에서 액체상태의 작동유체만을 히트파이프장치(20)에 유입되도록 한다.The working fluid passing through the heat exchanger 30 is introduced into the storage part 40 in a two-phase mixture of gas and liquid, and the storage part 40 is a heat pipe device of only the working fluid in a liquid state among the working fluids. 20).

이러한 냉난방 시스템은 열전모듈(10)에 연결된 전기의 극성을 전환시켜 전류의 방향을 전환시키면, 상술한 현상과는 반대로 흡열반응면과 발열반응면을 전환시킴으로써 냉방 혹은 난방기능을 수행하게 할 수 있다.In such a cooling and heating system, when the polarity of electricity connected to the thermoelectric module 10 is changed to change the direction of current, the cooling and heating function may be performed by switching the endothermic reaction surface and the exothermic reaction surface as opposed to the above-described phenomenon. .

물론, 핀-튜브(32)형 열교환기(30)에서 열교환된 공기를 실내 공간으로 토출시키느냐 혹은 열전모듈(10)과 열교환된 공기를 실내 공간으로 토출시키느냐에 따라 냉방기 혹은 난방기에 이용될 수도 있다.Of course, depending on whether to discharge the heat exchanged air from the fin-tube 32 type heat exchanger 30 to the indoor space or to discharge the air heat exchanged with the thermoelectric module 10 to the indoor space may be used in a cooler or a heater. .

이상에서와 같이, 본 발명은 작동유체를 모세관 압력에 의해 유동시킴으로써 종래와 같이 작동유체를 유동시키기 위해 압축기와 같은 별도의 동력장치를 설치할 필요는 없다.As described above, the present invention does not need to install a separate power unit such as a compressor to flow the working fluid as in the prior art by flowing the working fluid by the capillary pressure.

이처럼 동력장치를 사용하지 않기 때문에 시스템 내의 진동 및 소음을 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 저진동 저소음 냉난방 장치를 제작할 수 있도록 하였다.Since the power unit is not used in this way, the vibration and noise in the system can be reduced, thereby making it possible to manufacture low vibration and low noise air conditioning system.

또한, 상기 냉난방 시스템은 열전모듈(10)의 양면간의 온도차를 감소시킴에 따라 시스템의 효율을 상승시킬 수 있도록 하였다.In addition, the cooling and heating system can increase the efficiency of the system by reducing the temperature difference between both sides of the thermoelectric module (10).

다음으로, 상기 열전모듈을 이용한 냉난방 시스템에 관한 제2실시예에 관하여 참조도면 도 5 및 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Next, a second embodiment of a cooling and heating system using the thermoelectric module will be described with reference to FIGS. 5 and 6.

도 5는 본 발명 열전모듈을 이용한 냉난방 시스템에 관한 제2실시예를 나타낸 개략 구성도이고, 도 6은 도 5의 히트파이프의 내부 구조 및 작동유체의 순환방향을 나타낸 상태 단면도이다.5 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of a heating and cooling system using the thermoelectric module of the present invention, and FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating an internal structure of the heat pipe of FIG. 5 and a circulation direction of a working fluid.

도 5를 참조하면, 상기 냉난방 시스템은 열전모듈(51), 히트파이프(60) 및 열교환부재(71)를 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 5, the air conditioning system includes a thermoelectric module 51, a heat pipe 60, and a heat exchange member 71.

상기 열전모듈(51)의 발열반응면에는 히트파이프(60)의 일단부(60a)가 설치되는데, 상기 히트파이프(60)는 내부에 모세관 구조체인 위크(61)가 설치되어 상기 위크 내부에 유동하던 액체상태의 작동유체가 모세관 압력에 의해 위크를 통과함에 따라 도 6의 화살표와 같이 폐순환도록 한다.One end portion 60a of the heat pipe 60 is installed on the exothermic reaction surface of the thermoelectric module 51. The heat pipe 60 has a wick 61, which is a capillary structure, installed therein and flows inside the wick. As the working fluid in the liquid state passes through the wick by capillary pressure, it is circulated as shown by the arrow of FIG. 6.

이때, 상기 열전모듈(51)의 발열반응면에는 열전도성 재질의 열전도판(52)을 설치하고, 상기 열전도판(52)에는 히트파이프(60)의 일단부(60a)를 삽입 설치한다.In this case, a heat conduction plate 52 made of a thermally conductive material is installed on the exothermic reaction surface of the thermoelectric module 51, and one end 60a of the heat pipe 60 is inserted into the heat conduction plate 52.

이에 따라, 상기 열전모듈(51)의 반응열을 히트파이프(60)를 순환하는 작동유체에 보다 잘 전달할 수 있도록 한다.Accordingly, the heat of reaction of the thermoelectric module 51 may be better transmitted to the working fluid circulating the heat pipe 60.

상기 히트파이프(60)의 타단부(60b)에는 열교환부재(71)가 설치되어 상기 히트파이프(60)의 일단부(60a)에서 가열된 작동유체의 열이 열교환부재(71)에 보다 용이하게 전달되도록 한다.A heat exchange member 71 is installed at the other end 60b of the heat pipe 60 so that the heat of the working fluid heated at one end 60a of the heat pipe 60 is more easily provided to the heat exchange member 71. To be delivered.

이때, 상기 열교환부재(71)로는 열전도성 재질로 이루어지며, 상기 열교환부재(71)에는 히트파이프(60)의 타단부(60b)가 삽입 설치된다.In this case, the heat exchange member 71 is made of a thermally conductive material, and the other end portion 60b of the heat pipe 60 is inserted into the heat exchange member 71.

한편, 상기 히트파이프(60)는 내부에 작동유체가 유동하는 파이프와, 상기 파이프의 내경 보다 작은 외경을 갖도록 관형으로 형성되고 상기 파이프의 내면과 그 외주면이 소정 간격 이격되도록 설치되는 위크(61)로 이루어진다.Meanwhile, the heat pipe 60 is formed in a tubular shape to have a pipe in which a working fluid flows therein and an outer diameter smaller than the inner diameter of the pipe, and the wick 61 installed to be spaced apart from the inner surface of the pipe by a predetermined interval. Is made of.

상기 히트파이프(60)는 열전모듈(51)측에 설치되는 일단부(60a)가 열교환부재(71)측에 설치된 타단부(60b)보다 높도록 경사지게 설치된다. 이는 히트파이프(60) 내에서 순환되는 작동유체의 흐름을 원활하게 하기 위함이다.The heat pipe 60 is installed to be inclined such that one end portion 60a of the thermoelectric module 51 side is higher than the other end portion 60b of the heat exchange member 71 side. This is to smooth the flow of the working fluid circulated in the heat pipe (60).

또한, 상기 열전모듈(51)과 열교환부재(71)에는 방열핀(53,72)이 설치되는데, 상기 방열핀(53,72)의 구조는 제1실시예에서 상술한 바와 같다.In addition, the thermoelectric module 51 and the heat exchange member 71 are provided with heat dissipation fins 53 and 72, and the structure of the heat dissipation fins 53 and 72 is the same as described above in the first embodiment.

이때, 열교환부재(71)와 방열핀(72)은 열전도성 재질로 이루어지므로 일체형으로 형성할 수 있음은 이해 가능하다.At this time, the heat exchange member 71 and the heat dissipation fins 72 is made of a thermally conductive material, it can be understood that it can be formed integrally.

상기 열전모듈(10)과 열교환기(30) 근처에는 방열팬(54,73)을 설치하여 외기와의 열교환 작용을 돕도록 한다.The heat dissipation fans 54 and 73 are installed near the thermoelectric module 10 and the heat exchanger 30 to help heat exchange with the outside air.

이와 같은 구조를 갖는 열전모듈을 이용한 냉난방 시스템의 제2실시예에 대한 작용을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the second embodiment of the air-conditioning system using a thermoelectric module having such a structure as follows.

상기 열전모듈(10)에 전원이 인가되면 열전모듈(10)의 일면에서는 발열반응이 일어나고 타면에서는 흡열반응이 일어난다.When power is applied to the thermoelectric module 10, an exothermic reaction occurs on one surface of the thermoelectric module 10, and an endothermic reaction occurs on the other surface.

상기 발열반응면에는 열전도판(52)이 밀착되게 설치되므로, 상기 열전도판에 열이 전도됨에 따라 열전도판이 가열된다.Since the heat conduction plate 52 is installed in close contact with the exothermic reaction surface, the heat conduction plate is heated as heat is conducted to the heat conduction plate.

이때, 상기 히트파이프(60)의 위크(22) 내부에는 액체 상태의 작동유체가 열전도판(52)측으로 유동되고, 상기 작동유체는 위크(22)를 통과하면서 기체상태가 되면서 열전도판의 열을 흡수하게 된다.At this time, the working fluid in a liquid state flows to the heat conduction plate 52 side in the wick 22 of the heat pipe 60, and the working fluid passes through the wick 22 and becomes a gaseous state to heat the heat conducting plate. Will be absorbed.

이러한 기체상태의 작동유체는 위크(22)의 외주면과 파이프의 내주면에 의해 형성된 공간에서 열교환부재(71)측으로 이동되어 열교환부재(71)에 열을 전달한다.The gas working fluid is moved to the heat exchange member 71 in a space formed by the outer circumferential surface of the wick 22 and the inner circumferential surface of the pipe to transfer heat to the heat exchange member 71.

이와 같이, 위크(22)의 내부를 유동하는 액체 작동유체가 위크(22)를 통과하면서 증기가 되고, 이러한 증기는 열교환부재(71)측으로 유동되도록 하며, 이러한 방열팬(54,73)에 의해 토출된 공기를 실내로 토출시킴으로써 냉방기능 혹은 난방기능을 수행하도록 하였다.As such, the liquid working fluid flowing inside the wick 22 becomes steam while passing through the wick 22, and the steam is caused to flow toward the heat exchange member 71, by the heat radiating fans 54 and 73. By discharging the discharged air into the room to perform a cooling function or a heating function.

이때, 상기 열전모듈(51)과 부착된 방열핀(53)과 열교환된 공기를 실내로 토출시키거나 열교환부재(71)에 부착된 방열핀(72)과 열교환된 공기를 실내로 토출시키느냐에 따라 냉방기능 혹은 난방기능을 수행하게 할 수 있다.In this case, the cooling function depends on whether the air heat exchanged with the heat dissipation fins 53 attached to the thermoelectric module 51 is discharged to the room or the air heat exchanged with the heat dissipation fins 72 attached to the heat exchange member 71 is discharged to the room. Or it can be done to perform the heating function.

이상에서와 같이, 본 발명 열전모듈을 이용한 냉난방 시스템은 작동유체를 순환시키기 위해 별도의 동력장치를 사용하지 않기 때문에 소음이나 진동을 저감시킬 수 있도록 하였다.As described above, the air-conditioning system using the thermoelectric module of the present invention can reduce noise or vibration because a separate power device is not used to circulate the working fluid.

이상에서와 같이, 본 발명은 작동유체를 순환시키기 위해 별도의 동력장치를 사용하지 않아도 되므로 저소음 저진동 냉난방기를 제작할 수 있도록 하였다. As described above, the present invention does not need to use a separate power unit to circulate the working fluid, so that it was possible to manufacture a low noise low vibration air conditioner.

이에 따라, 소형이면서도 경량 냉난방기를 제작할 수 있도록 하였다.Accordingly, it is possible to manufacture a compact and lightweight air conditioner.

도 1은 본 발명 열전모듈을 이용한 냉난방 시스템에 관한 제1실시예를 나타낸 개략 구성도.1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of a cooling and heating system using the present invention thermoelectric module.

도 2는 도 1의 냉난방 시스템에서 히트파이프장치의 길이방향에 수직한 단면을 나타낸 단면도.Figure 2 is a cross-sectional view showing a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the heat pipe apparatus in the heating and cooling system of Figure 1;

도 3은 도 1의 냉난방 시스템에서 히트파이프장치의 길이방향에 따른 내부 구조와 작동유체의 순환방향을 나타낸 단면도.Figure 3 is a cross-sectional view showing the internal structure and the circulating direction of the working fluid in the longitudinal direction of the heat pipe apparatus in the cooling and heating system of Figure 1;

도 4는 도 1의 히트파이프장치에서 위크 및 채널의 설치구조를 나타낸 단면도.4 is a cross-sectional view showing the installation structure of the wick and the channel in the heat pipe apparatus of FIG.

도 5는 본 발명 열전모듈을 이용한 냉난방 시스템에 관한 제2실시예를 나타낸 개략 구성도.Figure 5 is a schematic diagram showing a second embodiment of a cooling and heating system using the present invention thermoelectric module.

도 6은 도 5의 히트파이프의 내부 구조 및 작동유체의 순환방향을 나타낸 상태 단면도.6 is a cross-sectional view illustrating an internal structure of the heat pipe of FIG. 5 and a circulation direction of a working fluid;

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10 : 열전모듈 20 : 히트파이프장치10: thermoelectric module 20: heat pipe device

21 : 본체 22 : 위크21: body 22: week

23 : 채널 24 : 방열핀23: channel 24: heat dissipation fin

25 : 방열팬 30 : 열교환기25: heat radiating fan 30: heat exchanger

31 : 열전도핀 32 : 튜브31: heat conduction pin 32: tube

33 : 송풍팬 40 : 저장부33: blower fan 40: storage unit

Claims (17)

전원을 인가함에 따라 일면에는 발열반응이 일어나고 타면에는 흡열반응이 일어나는 열전모듈과;A thermoelectric module in which exothermic reactions occur on one surface and an endothermic reaction occurs on the other surface when power is applied; 상기 열전모듈의 동일 반응면에 밀착되게 설치되고, 그 내부에는 모세관 압력에 의해 액체상태의 작동유체를 증기로 상변화시키도록 모세관 구조체인 다공성의 위크(wick)가 설치되어 상기 증기 상태의 작동유체를 열전모듈과 열교환시키고 모세관 압력에 의해 유동시키는 히트파이프장치와;It is installed to be in close contact with the same reaction surface of the thermoelectric module, and a porous wick which is a capillary structure is installed in the inside so as to phase change the working fluid in the liquid state into steam by capillary pressure. A heat pipe apparatus for exchanging heat with the thermoelectric module and flowing by capillary pressure; 상기 히트파이프장치에서 토출된 작동유체가 유입됨에 따라 외기와 열교환되도록 하는 열교환기와;A heat exchanger configured to exchange heat with outside air as the working fluid discharged from the heat pipe apparatus flows in; 상기 열교환기에서 토출된 작동유체를 저장하고 액체 상태의 작동유체만을 히트파이프장치에 유입시키는 저장부:를 포함하여 이루어진 열전모듈을 이용한 냉난방 시스템.And a storage unit for storing the working fluid discharged from the heat exchanger and introducing only the working fluid in a liquid state into the heat pipe device. 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 열전모듈의 외측면에는 방열핀이 설치됨을 특징으로 하는 열전모듈을 이용한 냉난방 시스템.Cooling and heating system using a thermoelectric module, characterized in that the heat radiation fin is installed on the outer surface of the thermoelectric module. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 히트파이프장치는:The heat pipe device is: 내부에 관형 중공부가 다수개 형성되며, 중공부의 양단부에는 유로관이 각각 연결되는 본체와;A plurality of tubular hollow portions are formed therein, and main bodies each having a flow path tube connected to both ends of the hollow portion; 상기 중공부보다 작은 직경을 갖도록 관형으로 형성되어 중공부에 삽입 설치되며, 그 일단부가 작동유체 유입측 유로관에 연결되고 타단부가 폐쇄된 형상을 갖는 위크:로 이루어짐을 특징으로 하는 열전모듈을 이용한 냉난방 시스템.The thermoelectric module is formed in a tubular shape so as to have a diameter smaller than the hollow portion is inserted into the hollow portion, the one end is connected to the working fluid inlet side flow pipe and the other end has a closed shape: Heating and cooling system. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 히트파이프장치는 중공부 내면에는 중공부의 길이방향을 따라 가늘고 긴 띠형상의 돌출부가 다수개 형성되고, 상기 중공부에 위크를 설치함에 따라 돌출부과 위크의 외주면으로 둘러싸인 다수개의 채널이 중공부의 길이방향을 따라 형성됨을 특징으로 하는 열전모듈을 이용한 냉난방 시스템.The heat pipe device has a plurality of elongated strip-shaped protrusions formed along the longitudinal direction of the hollow portion on the inner surface of the hollow portion, and the plurality of channels surrounded by the outer circumferential surface of the protrusion and the wick as the wick is installed on the length of the hollow portion Heating and cooling system using a thermoelectric module, characterized in that formed along the direction. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 히트파이프장치의 본체는 판상으로 형성되며, 상기 열전모듈은 히트파이프장치의 양측면에 동일 반응면이 부착됨을 특징으로 하는 열전모듈을 이용한 냉난방 시스템.The body of the heat pipe device is formed in a plate shape, the thermoelectric module is a heating and cooling system using a thermoelectric module, characterized in that the same reaction surface is attached to both sides of the heat pipe device. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 히트파이프장치의 본체는 열전도성 재질로 이루어짐을 특징으로 하는 열전모듈을 이용한 냉난방 시스템. The body of the heat pipe device is a heating and cooling system using a thermoelectric module, characterized in that made of a thermally conductive material. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 열교환기는:The heat exchanger is: 다수개가 적층되게 설치되는 판형 열전도핀과;Plate-type heat conduction pins are installed so that a plurality of stacked; 내부에는 작동유체가 유동되며, 작동유체의 열을 열전도핀에 전달시키도록 상기 열전도핀을 관통하여 지그재그로 구부러지도록 설치되는 튜브:로 이루어짐을 특징으로 하는 열전모듈을 이용한 냉난방 시스템.A working fluid flows therein, and a tube is installed to be bent in a zigzag through the heat conduction pin to transfer the heat of the working fluid to the heat conduction pin: a cooling and heating system using a thermoelectric module, characterized in that consisting of. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 열교환기 및 히트파이프장치 근처에는 송풍팬을 설치함을 특징으로 하는 열전모듈을 이용한 냉난방 시스템.Cooling and heating system using a thermoelectric module, characterized in that the blower fan is installed near the heat exchanger and heat pipe device. 전원을 인가함에 따라 일면에는 발열반응이 일어나고 타면에는 흡열반응이 일어나는 열전모듈과;A thermoelectric module in which exothermic reactions occur on one surface and an endothermic reaction occurs on the other surface when power is applied; 상기 열전모듈의 발열반응면에 일단부가 설치됨과 아울러 그 내부에는 모세관 구조체인 위크가 설치되어 상기 위크 내부에 유동하던 액체상태의 작동유체가 모세관 압력에 의해 위크를 통과함에 따라 폐순환되도록 하고, 상기 열전모듈의 발열반응면에는 열전도성 재질의 열전도판이 설치되고, 상기 열전도판에 그 일단부가 삽입 설치되는 히트파이프와;One end is installed on the exothermic reaction surface of the thermoelectric module, and a wick which is a capillary structure is installed therein to allow the working fluid in the fluid state to circulate as the fluid passes through the wick by capillary pressure. A heat pipe having a heat conductive plate made of a thermally conductive material, and having one end inserted into the heat conductive plate; 상기 히트파이프의 타단부에 밀착되게 설치되어 열전모듈에 의해 가열된 작동유체의 열을 전달받아 가열되는 열교환부재:를 포함하여 이루어진 열전모듈을 이용한 냉난방 시스템.And a heat exchange member installed in close contact with the other end of the heat pipe and being heated by receiving heat of the working fluid heated by the thermoelectric module. 삭제delete 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 열교환부재에는 열전도성 재질로 이루어지며, 상기 히트파이프의 타단부가 삽입 설치됨을 특징으로 하는 열전모듈을 이용한 냉난방 시스템.The heat exchange member is made of a thermally conductive material, the heating and cooling system using a thermoelectric module, characterized in that the other end of the heat pipe is inserted. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 히트파이프는:The heat pipe is: 내부에 작동유체가 유입된 관형 파이프와;A tubular pipe having a working fluid introduced therein; 상기 파이프의 내경보다 작은 외경을 갖도록 관형으로 형성되고, 파이프의 내면과 그 외주면이 소정 간격 이격되도록 설치되는 위크:로 이루어짐을 특징으로 하는 열전모듈을 이용한 냉난방 시스템.It is formed in a tubular shape to have an outer diameter smaller than the inner diameter of the pipe, the inner and outer circumference of the pipe is installed to be spaced apart by a predetermined interval: the heating and cooling system using a thermoelectric module characterized in that consisting of. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 히트파이프는 열전모듈측 일단부가 열교환부재측 타단부보다 높도록 경사지게 설치됨을 특징으로 하는 냉난방 시스템.The heat pipe is a heating and cooling system characterized in that the inclined so that one end of the thermoelectric module side is higher than the other end of the heat exchange member side. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 열전모듈과 열교환부재에는 방열핀이 각각 설치됨을 특징으로 하는 열전모듈을 이용한 냉난방 시스템.Cooling and heating system using a thermoelectric module, characterized in that the heat dissipation fins are respectively installed in the thermoelectric module and the heat exchange member. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 상기 열교환부재와 방열핀은 일체로 형성됨을 특징으로 하는 열전모듈을 이용한 냉난방 시스템.Cooling and heating system using a thermoelectric module, characterized in that the heat exchange member and the heat radiation fins are integrally formed. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 열전모듈의 흡열반응면과 열교환부재의 일면에는 방열팬을 각각 설치함을 특징으로 하는 열전모듈을 이용한 냉난방 시스템.Cooling and heating system using a thermoelectric module, characterized in that the heat dissipation fan is installed on one surface of the endothermic reaction surface and the heat exchange member of the thermoelectric module.
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